2.1 RSR 설계

철도종합시험선로의 교대 접속부 구간에 RSR을 적용하여 설계변경을 수행하였다. 기존 설계에서는 캔틸레버식 역T형 옹벽과 강관 말뚝기초가 적용될 예정이었다. 교대 높이는 8m이며, 접속부구간을 포함하여 1.8 m간격의 4열 말뚝을 길이 11 m로 설치하는 것으로 설계되었다. 동 구간은 외측에 자동차 운행 도로가 인접하고 있으며, 도로 외측으로 경부고속선이 운행 중에 있다. 따라서, 기존 교대 건설로 인한 터파기 시 도로의 일부구간 점유 및 말뚝기초 시공 시 경부 고속선 인근 크레인 작업으로 야간 작업이 불가피한 구간이었다. 따라서, 벽체기초에 말뚝기초 사용이 원칙적으로 불필요한 RSR공법을 적용하므로서 기초공정을 단순화시키고, 말뚝기초 적용으로 인한 야간작업을 피할 수 있었다. RSR 설계에서는 잔류침하 저감을 위하여 토공을 선시공한 후 벽체를 후 시공하는데 동 적용구간에 점토층이 혼재되어 있음을 고려하여 벽체 하부는 시멘트 처리된 자갈과 현장타설 무근 콘크리트 말뚝을 적용하였다(Fig. 2).

Fig. 2

Cross Sections of Original and Revised Design

벽체 기초 하부는 점토층 두께에 따라 교대로부터 7 m 범위까지는 2.0 m 길이의 현장타설 무근 콘크리트 말뚝을, 그 이후 구간 16 m까지는 1.5 m길이의 말뚝을 1 m의 간격으로 1열로 배치하였다.

국내에는 RSR에 대한 설계기준이 수립되어 있지 않으므로 철근콘크리트 옹벽과 보강토 옹벽의 설계기준(MOLIT, 2016)을 준용하여 안정성 검토를 수행하였다. 안정성 검토는 RSR의 구조적특징을 설계에 반영하여 개발된 RSR 전용 해석 프로그램을 사용하여 Fig. 3과 같이 원호활동 안정성, 전도 및 활동 안정성을 평상시의 건기, 우기와 지진 시에 대해 검토하였다. 원호활동 안정성은 비숍 간편법을 이용하여 검토하였고, 활동, 전도 안정성은 2웨지 파괴면을 고려한 주동토압을 산정하고 안정성을 검토하였다. 안정성 검토에 사용된 지반 정수는 Table 1과 같다. Table 2는 안정성 검토결과로, 기준 안전율을 만족하고 있음을 보여준다.

Fig. 3

Cross Section of Analysis

Table 1

Properties of Soil Layers

Table 2

Results of Stability Analysis

2.2 RSR 시공

RSR의 시공 중 토체 변형을 제어하기 위한 지표로서 연직변위(침하) 및 수평변위를 최소화할 필요가 있다. 특히 상대적으로 단위중량이 가장 큰 철근 콘크리트 벽체의 침하와 연직으로 시공되는 토체의 배부름을 줄이는 것이 중요하다.

침하를 저감하기 위한 방법으로 계획 깊이까지 오거를 이용하여 지반을 천공하고 무근콘크리트를 타설하여 말뚝을 생성하는 기초 시공방식을 적용하였다. 연약지반 내에 콘크리트 말뚝을 형성하여 상부 하중을 하부의 양호한 지반층으로 전달하여 하중을 분산하고, 연약층의 압축성을 개선할 수 있다. 압밀 침하를 발생시키는데 시간이 소요되는 기존의 공법에 비해 간단한 시공을 통하여 빠르고 경제적으로 지반의 잔류침하를 최소화할 수 있다. 특히 연약층 두께가 5~7 m 이상으로 두꺼워지면, 기초치환 공법 적용 시 소요되는 비용이 크게 증가하므로 연약지반 대책공법으로서는 적절하지 않을 것으로 판단된다. RSR 벽체 기초로서의 현장타설 무근콘크리트 시공 순서는 Fig. 4와 같다.

Fig. 4

Construction Process of a Bored in Situ Concrete Pilewith Reinforcement as a Foundation of RSR Wall

Fig. 5(a)는 교대에 적용된 RSR의 설계이다. RSR의 벽체하부 지반에 Fig. 5(b)와 같이 1.4 m의 점토질 모래층과 3.7 m의 점토층이 존재하고, 지하수위 계측결과 지하수위가 지하 0.6~1.6 m 사이에 존재하여 압밀 침하의 가능성이 있었다. 따라서 침하 제어 및 시공속도 향상을 위하여 지반을 보강하였다. 지반조사 결과로부터 교대로부터 이격거리가 증가할수록 점토층의 두께가 얇아지는 것을 확인하였으므로 교대 인접 7 m 구간까지는 직경 0.4 m, 길이 2.0 m의 말뚝을 수평간격 1 m로 배치하였고, 그 이후의 9 m 구간에는 동일 직경의 길이 1.5 m의 말뚝을 수평간격 1 m로 시공하였다. 기초 시공위치는 Fig. 5(a)와 같고, Fig. 6은 무근 콘크리트 말뚝 기초를 시공하는 전경을 보여준다.

Fig. 5

Design Drawing of RSR at abutment

Fig. 6

View of Bored in Situ Concrete Pile Construction

토체 조성을 위한 다짐 시공 중 및 시공 후 수평변위(배부름)을 최소화하기 위하여 Fig. 7과 같이 토체 최 외측에 용접된 철근망과 보강재 말아감기를 실시하였다. 철근망 내측에는 자갈층의 유실을 방지하기 위하여 유실방지망을 설치하였다.

Fig. 7

Net of Welded Reinforcements to Control Horizontal Displacement of Embankment

3.1 계측 개요

본 기초 적용에 따라 토체 안정화 기간 동안 발생하는 RSR의 침하 및 변형정도를 확인하기 위하여 토체 최상단 기준틀에서의 지표침하, 원지반 침하, 토체의 배부름 높이별로 계측하였다. Fig. 8은 계측을 실시한 각각의 위치를 보여 준다.

Fig. 8

Locations of Measurement Points

Fig. 9(a)는 원지반 침하를 위하여 토체 내측 3.8 m지점에 설치한 침하봉을 보여준다. 측정지점은 지반보강을 하지 않은 원지반의 침하를 측정할 수 있도록 결정하였다. 지표 침하는 벽체 기초 하부 지반보강의 영향이 미치는 위치로 최 외측 상단 기준틀에서의 침하를 측정하였다(Fig. 9(b)). 침하 측정은 Leica 3차원 장비를 활용하였다. 토체 시공 후 시간 경과에 따른 배부름 수준을 평가하기 위하여 토탈 스테이션 3차원 광파기를 활용하여 수평변위를 측정하였다. Fig. 9(c)는 수평변위 측정용 타겟 부착 전경을 보여준다.

Fig. 9

Target Installations for Deformation Measurements

3.2 계측 결과

Fig. 10은 RSR의 토체 시공이 완료된 11월 18일로 부터 56일 동안 침하를 계측한 결과이다. 계측기간 동안 원지반에서의 침하는 최대 8.35 mm가 발생하였고 침하 발생이 진행 중인 것으로 판단되었다. 초기 7일간의 침하가 4.35 mm가 발생하였고, 이후 지속적으로 침하가 증가하는 경향을 보였다. 지표 침하는 현장 사정으로 원지반 침하계측 시작일로 부터 12일 후에 계측이 시작되었다. 계측기간 동안 최대 2.77 mm가 발생하여 같은 기간 동안 원지반 침하량인 3.57 mm에 비해 78%의 침하량을 보였다. 2.77 mm의 침하 중 2.06 mm의 침하가 계측 초기 5일간 발생하여 이후 발생하는 지표침하는 원지반 침하량과 비교하여 상대적으로 작을 것으로 예상된다. 동 계측 결과로부터 현장타설 무근 콘크리트 기초에 의한 침하 저감 효과를 확인할 수 있었고, 경제적인 지반 보강 방법으로서 적용성을 확인할 수 있었다.

Fig. 10

Results of Settlement Measurement

Fig. 11은 토체 배부름 평가를 위한 수평변위에 대한 계측결과이다. 계측 초기단계에서는 수평변위가 증가하다가 시간경과에 따라 수평변위가 수렴하는 경향을 보였다. 높이 0.3 m에서 0.3 mm, 3.5 m에서 2.4 mm, 6.3 m에서 1.9 mm의 수평변위가 계측되었다. 중간 높이에서 가장 큰 수평변위를 보여 배부름이 발생되는 것을 확인할 수 있었으나, 그 크기는 높이를 고려할 때δH=6.86*10−4수준으로 옹벽 수평변위 허용범위 기준인 0.6% (MOLIT, 2005) 이내로 판단되었다.

Fig. 11

Results of Horizontal Displacement